1.2 地震作用和结构抗震验算
《建筑抗震设计规范》GB 50011——2010
4.2.4 验算天然地基地震作用下的竖向承载力时,按地震作用效应标准组合的基础底面平均压力和边缘最大压力应符合下列各式要求:
式中:P——地震作用效应标准组合的基础底面平均压力;
pmax——地震作用效应标准组合的基础边缘的最大压力。
高宽比大于4的高层建筑,在地震作用下基础底面不宜出现脱离区(零应力区);其他建筑,基础底面与地基土之间脱离区(零应力区)面积不应超过基础底面面积的15%。
【条文解析】
地震区的建筑物,首先必须根据静力设计的要求确定基础尺寸,并对地基进行强度和沉降量的核算,然后根据需要进行进一步的地基抗震强度验算。
当需要进行地基抗震承载力验算时,应将建筑物上各类荷载效应和地震作用效应加以组合,并取基础底面的压力为直线分布(见图1.1)。具体验算要求见式(4.2.4-1)、(4.2.4-2),主要是参考相关规范的规定提出的,压力的计算应采用地震作用效应标准组合,即各作用分项系数均取1.0的组合。
图1.1 基础底面压力分布图
5.1.1 各类建筑结构的地震作用,应符合下列规定:
1 一般情况下,应至少在建筑结构的两个主轴方向分别计算水平地震作用,各方向的水平地震作用应由该方向抗侧力构件承担。
2 有斜交抗侧力构件的结构,当相交角度大于15°时,应分别计算各抗侧力构件方向的水平地震作用。
3 质量和刚度分布明显不对称的结构,应计入双向水平地震作用下的扭转影响;其他情况,应允许采用调整地震作用效应的方法计入扭转影响。
4 8、9度时的大跨度和长悬臂结构及9度时的高层建筑,应计算竖向地震作用。
注:8、9度时采用隔震设计的建筑结构,应按有关规定计算竖向地震作用。
【条文解析】
地震释放的能量,以地震波的形式向四周扩散,地震波到达地面后引起地面运动,使地面原来处于静止的建筑物受到动力作用而产生强迫振动。在振动过程中作用在结构上的惯性力就是地震荷载。这样,地震荷载可以理解为一种能反映地震影响的等效荷载。抗震设计时,结构所承受的“地震力”实际上是由于地震地面运动引起的动态作用,包括地震加速度、速度和动位移的作用,按照国家标准《建筑结构设计术语和符号标准》GB/T 50083—1997的规定,属于间接作用,不可称为“地震荷载”,应称“地震作用”。
5.1.2 各类建筑结构的抗震计算,应采用下列方法:
1 高度不超过40m、以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构,以及近似于单质点体系的结构,可采用底部剪力法等简化方法。
2 除1款外的建筑结构,宜采用振型分解反应谱法。
3 特别不规则的建筑、甲类建筑和表5.1.2-1所列高度范围的高层建筑,应采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算;当取三组加速度时程曲线输入时,计算结果宜取时程法的包络值和振型分解反应谱法的较大值;当取七组及七组以上的时程曲线时,计算结果可取时程法的平均值和振型分解反应谱法的较大值。
采用时程分析法时,应按建筑场地类别和设计地震分组选用实际强震记录和人工模拟的加速度时程曲线,其中实际强震记录的数量不应少于总数的2/3,多组时程曲线的平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符,其加速度时程的最大值可按表5.1.2-2采用。弹性时程分析时,每条时程曲线计算所得结构底部剪力不应小于振型分解反应谱法计算结果的65%,多条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法计算结果的80%。
表5.1.2-1 采用时程分析的房屋高度范围
表5.1.2-2 时程分析所用地震加速度时程的最大值 cm/s2
注:括号内数值分别用于设计基本地震加速度为0.15g和0.30g的地区。
4 计算罕遇地震下结构的变形,应按本规范第5.5节规定,采用简化的弹塑性分析方法或弹塑性时程分析法。
5 平面投影尺度很大的空间结构,应根据结构形式和支承条件,分别按单点一致、多点、多向单点或多向多点输入进行抗震计算。按多点输入计算时,应考虑地震行波效应和局部场地效应。6度和7度I、Ⅱ类场地的支承结构、上部结构和基础的抗震验算可采用简化方法,根据结构跨度、长度不同,其短边构件可乘以附加地震作用效应系数1.15~1.30;7度Ⅲ、Ⅳ类场地和8、9度时,应采用时程分析方法进行抗震验算。
6 建筑结构的隔震和消能减震设计,应采用本规范第12章规定的计算方法。
7 地下建筑结构应采用本规范第14章规定的计算方法。
【条文解析】
不同的结构采用不同的分析方法在各国抗震规范中均有体现,底部剪力法和振型分解反应谱法仍是基本方法,时程分析法作为补充计算方法,对特别不规则(参照《建筑抗震设计规范》GB 50011——2010表3.4.3的规定)、特别重要的和较高的高层建筑才要求采用。所谓“补充”,主要指对计算结果的底部剪力、楼层剪力和层间位移进行比较,当时程分析法大于振型分解反应谱法时,相关部位的构件内力和配筋作相应的调整。
进行时程分析时,鉴于不同地震波输入进行时程分析的结果不同,本条规定一般可以根据小样本容量下的计算结果来估计地震作用效应值。通过大量地震加速度记录输入不同结构类型进行时程分析结果的统计分析,若选用不少于2组实际记录和1组人工模拟的加速度时程曲线作为输入,计算的平均地震效应值不小于大样本容量平均值的保证率在85%以上,而且一般也不会偏大很多。当选用数量较多的地震波,如5组实际记录和2组人工模拟时程曲线,则保证率更高。所谓“在统计意义上相符”指的是,多组时程波的平均地震影响系数曲线与振型分解反应谱法所用的地震影响系数曲线相比,在对应于结构主要振型的周期点上相差不大于20%。计算结果在结构主方向的平均底部剪力一般不会小于振型分解反应谱法计算结果的80%,每条地震波输入的计算结果不会小于65%。从工程角度考虑,这样可以保证时程分析结果满足最低安全要求。但计算结果也不能太大,每条地震波输入计算不大于135%,平均不大于120%。
正确选择输入的地震加速度时程曲线,要满足地震动三要素的要求,即频谱特性、有效峰值和持续时间均要符合规定。
频谱特性可用地震影响系数曲线表征,依据所处的场地类别和设计地震分组确定。
加速度的有效峰值按《建筑抗震设计规范》GB 50011—2010表5.1.2-2中所列地震加速度最大值采用,即以地震影响系数最大值除以放大系数(约2.25)得到。计算输入的加速度曲线的峰值,必要时可比上述有效峰值适当加大。当结构采用三维空间模型等需要双向(两个水平向)或三向(两个水平和一个竖向)地震波输入时,其加速度最大值通常按1(水平1):0.85(水平2):0.65(竖向)的比例调整。人工模拟的加速度时程曲线,也应按上述要求生成。
输入的地震加速度时程曲线的有效持续时间,一般从首次达到该时程曲线最大峰值的10%那一点算起,到最后一点达到最大峰值的10%为止;不论是实际的强震记录还是人工模拟波形,有效持续时间一般为结构基本周期的(5~10)倍,即结构顶点的位移可按基本周期往复(5~10)次。
5.1.3 计算地震作用时,建筑的重力荷载代表值应取结构和构配件自重标准值和各可变荷载组合值之和。各可变荷载的组合值系数,应按表5.1.3采用。
表5.1.3 组合值系数
注:硬钩吊车的吊重较大时,组合值系数应按实际情况采用。
【条文解析】
建筑物的某质点重力荷载代表值GE的确定,应根据结构计算简图中划定的计算范围,取计算范围内的结构和构件的永久荷载标准值和各可变荷载组合值之和。各可变荷载的组合值系数按表5.1.3采用。地震时,结构上的可变荷载往往达不到标准值水平,计算重力荷载代表值时可以将其折减。按现行国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068—2001的原则规定,地震发生时恒荷载与其他重力荷载可能的耦合结果总称为“抗震设计的重力荷载代表值GE”,即永久荷载标准值与有关可变荷载组合值之和。
表中硬钩吊车的组合值系数,只适用于一般情况,吊重较大时需按实际情况取值。
5.1.4 建筑结构的地震影响系数应根据烈度、场地类别、设计地震分组和结构自振周期以及阻尼比确定。其水平地震影响系数最大值应按表5.1.4-1采用;特征周期应根据场地类别和设计地震分组按表5.1.4-2采用,计算罕遇地震作用时,特征周期应增加0.05s。
表5.1.4-1 水平地震影响系数最大值
注:括号中数值分别用于设计基本地震加速度为0.15g和0.30g的地区。
表5.1.4-2 特征周期值s
注:周期大于6.0s的建筑结构所采用的地震影响系数应专门研究。
【条文解析】
本条中,表5.1.4-1增加6度区罕遇地震的水平地震影响系数最大值。与第4章场地类别相对应,表5.1.4-2增加I0类场地的特征周期,计算6、7度罕遇地震作用时,特征周期也增加了0.05s。
5.1.6 结构的截面抗震验算,应符合下列规定:
1 6度时的建筑(不规则建筑及建造于Ⅳ类场地上较高的高层建筑除外),以及生土房屋和木结构房屋等,应符合有关的抗震措施要求,但应允许不进行截面抗震验算。
2 6度时不规则建筑、建造于Ⅳ类场地上较高的高层建筑,7度和7度以上的建筑结构(生土房屋和木结构房屋等除外),应进行多遇地震作用下的截面抗震验算。
注:采用隔震设计的建筑结构,其抗震验算应符合有关规定。
【条文解析】
在强烈地震下,结构和构件并不存在最大承载力极限状态的可靠度。从根本上说,抗震验算应该是弹塑性变形能力极限状态的验算。研究表明,地震作用下结构和构件的变形和其最大承载能力有密切的联系,但因结构的不同而异。
1)当地震作用在结构设计中基本上不起控制作用时,例如6度区的大多数建筑,以及被地震经验所证明者,可不做抗震验算,只需满足有关抗震构造要求。但“较高的高层建筑”(以后各章同),诸如高于40m的钢筋混凝土框架、高于60m的其他钢筋混凝土民用房屋和类似的工业厂房,以及高层钢结构房屋,其基本周期可能大于Ⅳ类场地的特征周期Tg,则6度的地震作用值可能相当于同一建筑在7度Ⅱ类场地下的取值,此时仍须进行抗震验算。本条规定了6度设防的不规则建筑应进行抗震验算的要求。
2)对于大部分结构,包括6度设防的上述较高的高层建筑和不规则建筑,可以将设防地震下的变形验算,转换为以多遇地震下按弹性分析获得的地震作用效应(内力)作为额定统计指标,进行承载力极限状态的验算,即只需满足第一阶段的设计要求,就可适当提高抗震承载力的可靠度,保持了规范的延续性。
3)我国历次大地震的经验表明,发生高于基本烈度的地震是可能的,设计时考虑“大震不倒”是必要的,规范要求对薄弱层进行罕遇地震下变形验算,即满足第二阶段设计的要求。
5.2.1 采用底部剪力法时,各楼层可仅取一个自由度,结构的水平地震作用标准值,应按下列公式确定(图5.2.1):
图5.2.1 结构水平地震作用计算简图
式中: FEk——结构总水平地震作用标准值;
α1——相应于结构基本自振周期的水平地震影响系数值,应按本规范第5.1.4、第5.1.5条确定,多层砌体房屋、底部框架砌体房屋,宜取水平地震影响系数最大值;
Geq——结构等效总重力荷载,单质点应取总重力荷载代表值,多质点可取总重力荷载代表值的85%;
Fi——质点i的水平地震作用标准值;
Gi、Gj——分别为集中于质点i、j的重力荷载代表值,应按本规范第5.1.3条确定;
Hi、Hj——分别为质点i、j的计算高度;
δn——顶部附加地震作用系数,多层钢筋混凝土和钢结构房屋可按表5.2.1采用,其他房屋可采用0.0;
表5.2.1 顶部附加地震作用系数
注:T1为结构基本自振周期。
△Fn——顶部附加水平地震作用。
【条文解析】
底部剪力法视多质点体系为等效单质点系。根据大量的计算分析,本条规定如下:
1)引入等效质量系数0.85,它反映了多质点系底部剪力值与对应单质点系(质量等于多质点系总质量,周期等于多质点系基本周期)剪力值的差异。
2)地震作用沿高度倒三角形分布,在周期较长时顶部误差可达25%,故引入依赖于结构周期和场地类别的顶点附加集中地震力予以调整。
5.2.2 采用振型分解反应谱法时,不进行扭转耦联计算的结构,应按下列规定计算其地震作用和作用效应:
1 结构j振型i质点的水平地震作用标准值,应按下列公式确定:
式中:Fji——j振型i质点的水平地震作用标准值;
αj——相应于j振型自振周期的地震影响系数,应按本规范第5.1.4、第5.1.5条确定;
Xji——j振型i质点的水平相对位移;
γi——j振型的参与系数。
2 水平地震作用效应(弯矩、剪力、轴向力和变形),当相邻振型的周期比小于0.85时,可按下式确定:
式中:SEk——水平地震作用标准值的效应;
Sj——j振型水平地震作用标准值的效应,可只取前2~3个振型,当基本自振周期大于1.5s或房屋高宽比大于5时,振型个数应适当增加。
【条文解析】
对于振型分解法,由于时程分析法亦可利用振型分解法进行计算,故加上“反应谱”以示区别。为使高柔建筑的分析精度有所改进,其组合的振型个数适当增加。振型个数一般可以取振型参与质量达到总质量90%所需的振型数。
5.2.3 水平地震作用下,建筑结构的扭转耦联地震效应应符合下列要求:
1 规则结构不进行扭转耦联计算时,平行于地震作用方向的两个边榀各构件,其地震作用效应应乘以增大系数。一般情况下,短边可按1.15采用,长边可按1.05采用;当扭转刚度较小时,周边各构件宜按不小于1.3采用。角部构件宜同时乘以两个方向各自的增大系数。
2 按扭转耦联振型分解法计算时,各楼层可取两个正交的水平位移和一个转角共三个自由度,并应按下列公式计算结构的地震作用和作用效应。确有依据时,尚可采用简化计算方法确定地震作用效应。
1)j振型i层的水平地震作用标准值,应按下列公式确定:
式中:Fxji、Fyji、Ftji——分别为j振型i层的x方向、γ方向和转角方向的地震作用标准值;
Xji、Yji——分别为j振型i层质心在x、y方向的水平相对位移;
φji——j振型i层的相对扭转角;
ri——层转动半径,可取i层绕质心的转动惯量除以该层质量的商的正二次方根;
γtj——计入扭转的j振型的参与系数,可按下列公式确定:
当仅取x方向地震作用时
当仅取y方向地震作用时
当取与x方向斜交的地震作用时
式中:γxj、γyj——分别由式(5.2.3-2)、式(5.2.3-3)求得的参与系数;
θ——地震作用方向与x方向的夹角。
2)单向水平地震作用下的扭转耦联效应,可按下列公式确定:
式中: SEk——地震作用标准值的扭转效应;
Sj、Sk——分别为j、k振型地震作用标准值的效应,可取前9~15个振型;
ζj、ζk——分别为j、k振型的阻尼比;
pjk——j振型与k振型的耦联系数;
λT——k振型与j振型的自振周期比。
3)双向水平地震作用下的扭转耦联效应,可按下列公式中的较大值确定:
式中,Sx、Sy分别为x向、y向单向水平地震作用按式(5.2.3-5)计算的扭转效应。
【条文解析】
地震扭转效应是一个极其复杂的问题,一般情况,宜采用较规则的结构体型,以避免扭转效应。体型复杂的建筑结构,即使楼层“计算刚心”和质心重合,往往仍然存在明显的扭转效应。因此,考虑结构扭转效应时,一般只能取各楼层质心为相对坐标原点,按多维振型分解法计算,其振型效应彼此耦连,用完全二次型方根法组合,可以由计算机运算。
5.2.4 采用底部剪力法时,突出屋面的屋顶间、女儿墙、烟囱等的地震作用效应,宜乘以增大系数3,此增大部分不应往下传递,但与该突出部分相连的构件应予计入;采用振型分解法时,突出屋面部分可作为一个质点;单层厂房突出屋面天窗架的地震作用效应的增大系数,应按本规范第9章的有关规定采用。
【条文解析】
突出屋面的小建筑,一般按其重力荷载小于标准层1/3控制。
对于顶层带有空旷大房间或轻钢结构的房屋,不宜视为突出屋面的小屋并采用底部剪力法乘以增大系数的办法计算地震作用效应,而应视为结构体系一部分,用振型分解法等计算。
5.2.5 抗震验算时,结构任一楼层的水平地震剪力应符合下式要求:
式中:VEKi——第i层对应于水平地震作用标准值的楼层剪力;
λ——剪力系数,不应小于表5.2.5规定的楼层最小地震剪力系数值,对竖向不规则结构的薄弱层,尚应乘以1.15的增大系数;
Gj——第j层的重力荷载代表值。
表5.2.5 楼层最小地震剪力系数值
注:1 基本周期介于3.5s和5s之间的结构,按插入法取值;
2 括号内数值分别用于设计基本地震加速度为0.15g和0.30g的地区。
【条文解析】
表5.2.5表明,为了保证结构的抗震安全,有必要规定一个楼层的最小地震剪力。由于地震影响系数在长周期段下降较快,对于基本周期大于3.5s的结构,由此计算所得的水平地震作用下的结构效应可能太小。而对于长周期结构,地震动态作用中的地面运动速度和位移可能对结构的破坏具有更大影响,但是规范所采用的振型分解反应谱法尚无法对此作出估计。为了保证结构的抗震安全,有必要规定一个结构总水平地震剪力及各楼层水平地震剪力的最小值,规定了不同烈度下的剪力系数,当不满足时,需改变结构布置或调整结构总剪力和各楼层的水平地震剪力使之满足要求。例如,当结构底部的总地震剪力略小于本条规定而中、上部楼层均满足最小值时,可采用下列方法调整:若结构基本周期位于设计反应谱的加速度控制段时,则各楼层均需乘以同样大小的增大系数;若结构基本周期位于反应谱的位移控制段时,则各楼层i均需按底部的剪力系数的差值△λ0增加该层的地震剪力——△FEki=△λ0GEi;若结构基本周期位于反应谱的速度控制段时,则增加值应大于λ0GEi,顶部增加值可取动位移作用和加速度作用二者的平均值,中间各层的增加值可近似按线性分布。
需要注意:
1)当底部总剪力相差较多时,表明结构刚度不足或重量太大,结构的选型和总体布置需重新进行调整,而不能仅单纯地采用乘以增大系数方法处理。
2)只要底部总剪力不满足要求,则结构各楼层的剪力均需要调整,不能仅调整不满足的楼层。
3)满足最小地震剪力是结构后续抗震计算的前提,只有调整到符合最小剪力要求才能进行相应的地震倾覆力矩、构件内力、位移等等的计算分析;即意味着,当各层的地震剪力需要调整时,原先计算的倾覆力矩、内力和位移均需要相应调整。
4)采用时程分析法时,其计算的总剪力也需符合最小地震剪力的要求。
5)本条规定不考虑阻尼比的不同,是最低要求,各类结构,包括钢结构、隔震和消能减震结构均需一律遵守。
扭转效应明显与否一般可由考虑耦联的振型分解反应谱法分析结果判断,例如前三个振型中,两个水平方向的振型参与系数为同一个量级,即存在明显的扭转效应。对于扭转效应明显或基本周期小于3.5s的结构,剪力系数取0.2αmax,保证足够的抗震安全度。对于存在竖向不规则的结构,突变部位的薄弱楼层,尚应按《建筑抗震设计规范》GB 50011—2010第3.4.4条的规定,再乘以不小于1.15的系数。
5.2.6 结构的楼层水平地震剪力,应按下列原则分配:
1 现浇和装配整体式混凝土楼、屋盖等刚性楼、屋盖建筑,宜按抗侧力构件等效刚度的比例分配。
2 木楼盖、木屋盖等柔性楼、屋盖建筑,宜按抗侧力构件从属面积上重力荷载代表值的比例分配。
3 普通的预制装配式混凝土楼、屋盖等半刚性楼、屋盖的建筑,可取上述两种分配结果的平均值。
4 计入空间作用、楼盖变形、墙体弹塑性变形和扭转的影响时,可按本规范各有关规定对上述分配结果作适当调整。
【条文解析】
水平地震作用在结构楼层中产生的层间剪力,由楼层内各抗侧力构件共同承担,抗震设计时要解决各抗侧力之间剪力的分配问题。本条为解决各抗侧力之间剪力的分配问题提供了原则依据。
5.2.7 结构抗震计算,一般情况下可不计入地基与结构相互作用的影响;8度和9度时建造于Ⅲ、Ⅳ类场地,采用箱基、刚性较好的筏基和桩箱联合基础的钢筋混凝土高层建筑,当结构基本自振周期处于特征周期的1.2倍至5倍范围时,若计入地基与结构动力相互作用的影响,对刚性地基假定计算的水平地震剪力可按下列规定折减,其层间变形可按折减后的楼层剪力计算。
1 高宽比小于3的结构. 各楼层水平地震剪力的析减系数,可按下式计算:
式中: ψ——计入地基与结构动力相互作用后的地震剪力折减系数;
T1——按刚性地基假定确定的结构基本自振周期(s);
△T——计入地基与结构动力相互作用的附加周期(s),可按表5.2.7采用。
表5.2.7 附加周期 s
2 高宽比不小于3的结构,底部的地震剪力按第1款规定折减,顶部不折减,中间各层按线性插入值折减。
3 折减后各楼层的水平地震剪力,应符合本规范第5.2.5条的规定。
【条文解析】
由于地基和结构动力相互作用的影响,按刚性地基分析的水平地震作用在一定范围内有明显的折减。考虑到我国的地震作用取值与国外相比还较小,故仅在必要时才利用这一折减。研究表明,水平地震作用的折减系数主要与场地条件、结构自振周期、上部结构和地基的阻尼特性等因素有关,柔性地基上的建筑结构的折减系数随结构周期的增大而减小,结构越刚,水平地震作用的折减量越大。
5.3.1 9度时的高层建筑,其竖向地震作用标准值应按下列公式确定(图5.3.1);楼层的竖向地震作用效应可按各构件承受的重力荷载代表值的比例分配,并宜乘以增大系数1.5。
式中:FEvk——结构竖向地震作用标准值;
Fvi——质点i的竖向地震作用标准值;
αvmax——竖向地震影响系数的最大值,可取水平地震影响系数最大值的65%;
Geq——结构等效总重力荷载,可取其重力荷载代表值的75%。
图5.3.1 结构竖向地震作用计算简图
【条文解析】
根据大量强震记录统计分析,竖向地震反应谱曲线的变化规律与水平地震反应谱曲线的变化规律基本相同,竖向地震动加速度峰值约为水平地震动加速度峰值的1/2~2/3,因此,可近似取竖向地震影响系数最大值为水平地震影响系数最大值的65%。此外,高层建筑及高耸结构的竖向振型规律与水平地震作用的底部剪力法要求的振型特点基本一致,且高层建筑及高耸结构竖向基本周期较短,一般为0.1~0.2s,处于竖向地震影响系数曲线的水平段,因此,竖向地震影响系数可取最大值。
5.3.2 跨度、长度小于本规范第5.1.2条第5款规定且规则的平板型网架屋盖和跨度大于24m的屋架、屋盖横梁及托架的竖向地震作用标准值,宜取其重力荷载代表值和竖向地震作用系数的乘积;竖向地震作用系数可按表5.3.2采用。
表5.3.2 竖向地震作用系数
注:括号中数值用于设计基本地震加速度为0.30g的地区。
【条文解析】
根据跨度小于120m或长度小于300m的平板钢网架屋盖、跨度大于24m屋架及悬臂长度小于40m的长悬臂结构按振型分解反应谱法分析得到的竖向地震作用表明,竖向地震作用的内力与重力作用下的内力的比值一般比较稳定。因此,《建筑抗震设计规范》GB 50011—2010规定,对这些大跨度结构的竖向地震作用标准值可采用静力法计算。
用反应谱法、时程分析法等进行结构竖向地震反应的计算分析,根据跨度在24~60m的平板型网架和18m以上的标准屋架以及大跨度结构的分析结果表明,竖向地震作用的内力和重力荷载下的内力之比值一般比较稳定,彼此相差一般不太大,此比值随烈度和场地条件而异,且当结构周期大于特征周期时,随跨度的增大,比值反而有所下降。由于在目前常用的跨度范围内,这个下降还不很大,为了简化,可略去跨度的影响。
5.4.1 结构构件的地震作用效应和其他荷载效应的基本组合,应按下式计算:
式中: S——结构构件内力组合的设计值,包括组合的弯矩、轴向力和剪力设计值等;
γG——重力荷载分项系数,一般情况应采用1.2,当重力荷载效应对构件承载能力有利时,不应大于1.0;
γEh、γGv——分别为水平、竖向地震作用分项系数,应按表5.4.1采用;
γw——风荷载分项系数,应采用1.4;
SGE——重力荷载代表值的效应,可按本规范第5.1.3条采用,但有吊车时,尚应包括悬吊物重力标准值的效应;
SEhk——水平地震作用标准值的效应,尚应乘以相应的增大系数或调整系数;
SEvk——竖向地震作用标准值的效应,尚应乘以相应的增大系数或调整系数;
Swk——风荷载标准值的效应;
ψw——风荷载组合值系数,一般结构取0.0,风荷载起控制作用的建筑应采用0.20。
注:本规范一般略去表示水平方向的下标。
表5.4.1 地震作用分项系数
【条文解析】
在设防烈度的地震作用下,结构构件承载力按《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068—2001计算的可靠指标β是负值,难于按《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068—2001的要求进行设计表达式的分析。因此,在第一阶段的抗震设计时取相当于众值烈度下的弹性地震作用作为额定设计指标,使此时的设计表达式可按《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068—2001的要求导出。
1)地震作用分项系数的确定
在众值烈度下的地震作用,应视为可变作用而不是偶然作用。这样,根据《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068—2001中确定直接作用(荷载)分项系数的方法,通过综合比较,对水平地震作用,确定γEh=1.3,至于竖向地震作用分项系数,则参照水平地震作用,也取γEv=1.3。当竖向与水平地震作用同时考虑时,根据加速度峰值记录和反应谱的分析,二者的组合比为1:0.4,故γEh=1.3, γEv=0.4×1.3≈0.5。
考虑到大跨、大悬臂结构的竖向地震作用效应比较显著,本条中表5.4.1中新增了同时计算水平与竖向地震作用(竖向地震为主)的组合。
此外,按照《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068—2001的规定,当重力荷载对结构构件承载力有利时,取γG=1.0。
2)抗震验算中作用组合值系数的确定
本条在计算地震作用时,已经考虑了地震作用与各种重力荷载(恒荷载与活荷载、雪荷载等)的组合问题,在《建筑抗震设计规范》GB 50011—2010第5.1.3条中规定了一组组合值系数,形成了抗震设计的重力荷载代表值,本条在验算和计算地震作用时(除吊车悬吊重力外)对重力荷载均采用相同的组合值系数的规定,可简化计算,并避免有两种不同的组合值系数。因此,本条中仅出现风荷载的组合值系数,并按《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068—2001的方法,将取值予以转换得到。这里,所谓风荷载起控制作用,指风荷载和地震作用产生的总剪力和倾覆力矩相当的情况。
3)地震作用标准值的效应
规范的作用效应组合是建立在弹性分析叠加原理基础上的,考虑到抗震计算模型的简化和塑性内力分布与弹性内力分布的差异等因素,本条中还规定,对地震作用效应,当本规范各章有规定时尚应乘以相应的效应调整系数η,如突出屋面小建筑、天窗架、高低跨厂房交接处的柱子、框架柱,底层框架-抗震墙结构的柱子、梁端和抗震墙底部加强部位的剪力等的增大系数。
4)关于重要性系数
根据地震作用的特点,抗震设计的现状,以及抗震设防分类与《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068—2001中安全等级的差异,重要性系数对抗震设计的实际意义不大,对建筑重要性的处理仍采用抗震措施的改变来实现,不考虑此项系数。
5.4.2 结构构件的截面抗震验算,应采用下列设计表达式:
式中:γRE——承载力抗震调整系数,除另有规定外,应按表5.4.2采用;
R——结构构件承载力设计值。
表5.4.2 承载力抗震调整系数
【条文解析】
结构在设防烈度下的抗震验算根本上应该是弹塑性变形验算,但为减少验算工作量并符合设计习惯,对大部分结构,将变形验算转换为众值烈度地震作用下构件承载力验算的形式来表现。按照《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068—2001的原则,在众值烈度下有基本相同的可靠指标,但随着对材料的发展,研究发现,钢结构构件的可靠指标比混凝土结构构件明显偏低,故应予以适当提高,使之与砌体、混凝土构件有相近的可靠指标;而且随着非抗震设计材料指标的提高,各类材料结构的抗震可靠性也略有提高。基于此前提,在确定地震作用分项系数取1.3的同时,则可得到与抗力标准值Rk相应的最优抗力分项系数,并进一步转换为抗震的抗力函数(即抗震承载力设计值RdE),使抗力分项系数取1.0或不出现。砌体结构的截面抗震验算,就是这样处理的。
现阶段大部分结构构件截面抗震验算时,采用了各有关规范的承载力设计值Rd,因此,抗震设计的抗力分项系数,就相应地变为非抗震设计的构件承载力设计值的抗震调整系数γRE,即γRE=Rd/RdE或RdE=Rd/γRE。还需注意,地震作用下结构的弹塑性变形直接依赖于结构实际的屈服强度(承载力),本节的承载力是设计值,不可误作为标准值来进行本章第五节要求的弹塑性变形验算。
本条配合钢结构构件、连接的内力调整系数的变化,调整了其承载力抗震调整系数的取值。
5.4.3 当仅计算竖向地震作用时,各类结构构件承载力抗震调整系数均应采用1.00。
【条文解析】
承载力抗震调整系数γRE一般均应小于等于1,这主要是因为考虑到如下两个因素:
1)动力荷载下材料强度比静力荷载下要高。
2)地震作用是持续时间很短的间接作用,结构的抗震设计的可靠度可以低于非抗震设计可靠度;另外,结构在设防烈度下的抗震验算根本上应该是弹塑性变形验算,承载力抗震调整系数γRE的不同反应了不同受力状态下构件的延性是不同的,体现了强柱弱梁、强剪弱弯、更强节点的设计原则。
本条规定主要是从经济和安全两个角度综合考虑得出的结果。
5.5.2 结构在罕遇地震作用下薄弱层的弹塑性变形验算,应符合下列要求:
1 下列结构应进行弹塑性变形验算:
1)8度Ⅲ、Ⅳ类场地和9度时,高大的单层钢筋混凝土柱厂房的横向排架;
2)7~9度时楼层屈服强度系数小于0.5的钢筋混凝土框架结构和框排架结构;
3)高度大于150m的结构;
4)甲类建筑和9度时乙类建筑中的钢筋混凝土结构和钢结构;
5)采用隔震和消能减震设计的结构。
2 下列结构宜进行弹塑性变形验算:
1)本规范表5.1.2-1所列高度范围且属于本规范表3.4.3-2所列竖向不规则类型的高层建筑结构;
2)7度Ⅲ、Ⅳ类场地和8度时乙类建筑中的钢筋混凝土结构和钢结构;
3)板柱-抗震墙结构和底部框架砌体房屋;
4)高度不大于150m的其他高层钢结构;
5)不规则的地下建筑结构及地下空间综合体。
注:楼层屈服强度系数为按钢筋混凝土构件实际配筋和材料强度标准值计算的楼层受剪承载力和按罕遇地震作用标准值计算的楼层弹性地震剪力的比值;对排架柱,指按实际配筋面积、材料强度标准值和轴向力计算的正截面受弯承载力与按罕遇地震作用标准值计算的弹性地震弯矩的比值。
【条文解析】
如果建筑结构中存在薄弱层或薄弱部位,在强烈地震作用下,由于结构薄弱部位将进入弹塑性状态,并通过发展弹塑性变形和累积耗能来消耗地震输入能量,从而导致结构构件严重破坏甚至引起结构倒塌;属于乙类建筑的生命线工程中的关键部位在强烈地震作用下一旦遭受破坏将带来严重后果,或产生次生灾害或对救灾、恢复重建及生产、生活造成很大影响。除了高大的单层工业厂房的横向排架、楼层屈服强度系数小于0.5的框架结构、底部框架砖房等之外,板柱-抗震墙及结构体系不规则的某些高层建筑结构和乙类建筑也要求进行罕遇地震作用下的抗震变形验算。采用隔震和消能减震技术的建筑结构,对隔震和消能减震部件应有位移限制要求,在罕遇地震作用下隔震和消能减震部件应能起到降低地震效应和保护主体结构的作用,因此要求进行抗震变形验算。
考虑到弹塑性变形计算的复杂性,对不同的建筑结构提出不同的要求。随着弹塑性分析模型和软件的发展和改进,本条进一步增加了弹塑性变形验算的范围。
5.5.3 结构在罕遇地震作用下薄弱层(部位)弹塑生变形计算,可采用下列方法:
1 不超过12层且层刚度无突变的钢筋混凝土框架和框排架结构、单层钢筋混凝土柱厂房可采用本规范第5.5.4条的简化计算法。
2 除1款以外的建筑结构,可采用静力弹塑生分析方法或弹塑性时程分析法等。
3 规则结构可采用弯剪层模型或平面杆系模型,属于本规范第3.4节规定的不规则结构应采用空间结构模型。
【条文解析】
对建筑结构在罕遇地震作用下薄弱层(部位)弹塑性变形计算,12层以下且层刚度无突变的框架结构及单层钢筋混凝土柱厂房可采用规范的简化方法计算;较为精确的结构弹塑性分析方法,可以是三维的静力弹塑性(如push-over方法)或弹塑性时程分析方法;有时尚可采用塑性内力重分布的分析方法等。
《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3——2010
4.3.1 各抗震设防类别高层建筑的地震作用,应符合下列规定:
1 甲类建筑:应按批准的地震安全性评价结果且高于本地区抗震设防烈度的要求确定;
2 乙、丙类建筑:应按本地区抗震设防烈度计算。
【条文解析】
本条是高层建筑混凝土结构考虑地震作用时的设防标准,与现行国家标准《建筑工程抗震设防分类标准》GB 50223—2008的规定一致。对甲类建筑的地震作用,明确规定如果地震安全性评价结构低于本地区的抗震设防烈度,计算地震作用时应按高于本地区设防烈度的要求进行。对乙、丙类建筑,规定应按本地区抗震设防烈度计算。
4.3.2 高层建筑结构的地震作用计算应符合下列规定:
1 一般情况下,应至少在结构两个主轴方向分别计算水平地震作用;有斜交抗侧力构件的结构,当相交角度大于15°时,应分别计算各抗侧力构件方向的水平地震作用。
2 质量与刚度分布明显不对称的结构,应计算双向水平地震作用下的扭转影响;其他情况,应计算单向水平地震作用下的扭转影响。
3 高层建筑中的大跨度、长悬臂结构,7度(0.15g)、8度抗震设计时应计入竖向地震作用。
4 9度抗震设计时应计算竖向地震作用。
【条文解析】
某一方向水平地震作用主要由该方向抗侧力构件承担,如该构件带有翼缘,尚应包括翼缘作用。有斜交抗侧力构件的结构,当交角大于15°时,应考虑斜交构件方向的地震作用计算。对质量和刚度明显不均匀、不对称的结构应考虑双向地震作用下的扭转影响。
大跨度指跨度大于24m的楼盖结构、跨度大于8m的转换结构、悬挑长度大于2m的悬挑结构。大跨度、长悬臂结构应验算其自身及其支承部位结构的竖向地震效应。
4.3.4 高层建筑结构应根据不同情况,分别采用下列地震作用计算方法:
1 高层建筑结构宜采用振型分解反应谱法;对质量和刚度不对称、不均匀的结构以及高度超过100m的高层建筑结构应采用考虑扭转耦联振动影响的振型分解反应谱法。
2 高度不超过40m、以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的高层建筑结构,可采用底部剪力法。
3 7~9度抗震设防的高层建筑,下列情况应采用弹性时程分析法进行多遇地震下的补充计算:
1)甲类高层建筑结构;
2)表4.3.4所列的乙、丙类高层建筑结构;
表4.3.4 采用时程分析法的高层建筑结构
注:场地类别应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011—2010的规定采用。
3)不满足本规程第3.5.2~3.5.6条规定的高层建筑结构;
4)本规程第10章规定的复杂高层建筑结构。
【条文解析】
不同的结构采用不同的分析方法在各国抗震规范中均有体现,振型分解反应谱法和底部剪力法仍是基本方法。对高层建筑结构主要采用振型分解反应谱法(包括不考虑扭转耦联和考虑扭转耦联两种方式),底部剪力法的应用范围较小。弹性时程分析法作为补充计算方法,在高层建筑结构分析中已得到比较普遍的应用。
本条第3款对于需要采用弹性时程分析法进行补充计算的高层建筑结构作了具体规定,这些结构高度较高或刚度、承载力和质量沿竖向分布不规则或属于特别重要的甲类建筑。所谓“补充”,主要指对计算的底部剪力、楼层剪力和层间位移进行比较,当时程法分析结果大于振型分解反应谱法分析结果时,相关部位的构件内力和配筋作相应的调整。
质量沿竖向分布不均匀的结构一般指楼层质量大于相邻下部楼层质量1. 5倍的情况。
4.3.5 进行结构时程分析时,应符合下列要求:
1 应按建筑场地类别和设计地震分组选取实际地震记录和人工模拟的加速度时程曲线,其中实际地震记录的数量不应少于总数量的2/3,多组时程曲线的平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符;弹性时程分析时,每条时程曲线计算所得结构底部剪力不应小于振型分解反应谱法计算结果的65%,多条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法计算结果的80%。
2 地震波的持续时间不宜小于建筑结构基本自振周期的5倍和15s,地震波的时间间距可取0.01s或0.02s。
3 输入地震加速度的最大值可按表4.3.5采用。
表4.3.5 时程分析时输入地震加速度的最大值 cm/s2
注:7、8度时括号内数值分别用于设计基本地震加速度为0.15g和0.30g的地区,此处g为重力加速度。
4 当取三组时程曲线进行计算时,结构地震作用效应宜取时程法计算结果的包络值与振型分解反应谱法计算结果的较大值;当取七组及七组以上时程曲线进行计算时,结构地震作用效应可取时程法计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值。
【条文解析】
进行时程分析时,鉴于不同地震波输入进行时程分析的结果不同,本条规定一般可以根据小样本容量下的计算结果来估计地震效应值。通过大量地震加速度记录输入不同结构类型进行时程分析结果的统计分析,若选用不少于2组实际记录和1组人工模拟的加速度时程曲线作为输入,计算的平均地震效应值不小于大样本容量平均值的保证率在85%以上,而且一般也不会偏大很多。当适用数量较多的地震波,如5组实际记录和2组人工模拟时程曲线,则保证率更高。所谓“在统计意义上相符”是指,多组时程波的平均地震影响系数曲线与振型分解反应谱法所用的地震影响系数曲线相比,在对应于结构主要振型的周期点上相差不大于20%。计算结果的平均底部剪力一般不会小于振型分解反应谱法计算结果的80%,每条地震波输入的计算结果不会小于65%;从工程应用角度考虑,可以保证时程分析结果满足最低安全要求。但时程法计算结果也不必过大,每条地震波输入的计算结果不大于135%,多条地震波输入的计算结果平均值不大于120%,以体现安全性和经济性的平衡。
正确选择输入的地震加速度时程曲线,要满足地震动三要素的要求,即频谱特性、有效峰值和持续时间均要符合规定。频谱特性可用地震影响系数曲线表征,依据所处的场地类别和设计地震分组确定;加速度的有效峰值按表4.3.5采用,即以地震影响系数最大值除以放大系数(约2.25)得到;输入地震加速度时程曲线的有效持续时间,一般从首次达到该时程曲线最大峰值的10%那一点算起,到最后一点达到最大峰值的10%为止,约为结构基本周期的5~10倍。
4.3.7 建筑结构的地震影响系数应根据烈度、场地类别、设计地震分组和结构自振周期及阻尼比确定。其水平地震影响系数最大值αmax应按表4.3.7-1采用;特征周期应根据场地类别和设计地震分组按表4.3.7-2采用,计算罕遇地震作用时,特征周期应增加0.05s。
注:周期大于6.0s的高层建筑结构所采用的地震影响系数应作专门研究。
表4.3.7-1 水平地震影响系数最大值αmax
注:7、8度时括号中数值分别用于设计基本地震加速度为0.15g和0.30g的地区。
表4.3.7-2 特征周期值Tg s
【条文解析】
本条规定了水平地震影响系数最大值和场地特征周期取值。现阶段仍采用抗震设防烈度所对应的水平地震影响系数最大值αmax,多遇地震烈度(小震)和预估罕遇地震烈度(大震)分别对应于50年设计基准期内超越概率为63%和2%~3%的地震烈度。
根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度将建筑的场地划分为I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四类,其中I类分为I0和I1两个亚类。
4.3.14 跨度大于24m的楼盖结构、跨度大于12m的转换结构和连体结构、悬挑长度大于5 m的悬挑结构,结构竖向地震作用效应标准值宜采用时程分析方法或振型分解反应谱方法进行计算。时程分析计算时输入的地震加速度最大值可按规定的水平输入最大值的65%采用,反应谱分析时结构竖向地震影响系数最大值可按水平地震影响系数最大值的65%采用,但设计地震分组可按第一组采用。
【条文解析】
主要考虑目前高层建筑中较多采用大跨度和长悬挑结构,需要采用时程分析演绎法中反应谱方法进行竖向地震的分析,给出了反应谱和时程分析计算时需要的数据。反应谱采用水平反应谱的65%,包括最大值和形状参数,但认为竖向反应谱的特征周期与水平反应谱相比,尤其在远震中跨时,明显小于水平反应谱,故本条规定:设计特征周期均按第一组采用。对处于发震断裂10km以内的场地,其最大值可能接近于水平谱,特征周期小于水平谱。
4.3.15 高层建筑中,大跨度结构、悬挑结构、转换结构、连体结构的连接体的竖向地震作用标准值,不宜小于结构或构件承受的重力荷载代表值与表4.3.15所规定的竖向地震作用系数的乘积。
表4.3.15 竖向地震作用系数
注:g为重力加速度。
【条文解析】
高层建筑中的大跨度、悬挑、转换、连体结构的竖向地震作用大小与其所处的位置以及支承结构的刚度都有一定关系,因此对于跨度较大、所处位置较高的情况,建议进行竖向地震作用计算,并且计算结果不宜小于本条规定。
为了简化计算,跨度或悬挑长度可直接按本条规定的地震作用系数乘以相应的重力荷载代表值作为竖向地震作用标准值。
4.3.16 计算各振型地震影响系数所采用的结构自振周期应考虑非承重墙体的刚度影响予以折减。
【条文解析】
高层建筑结构整体计算分析时,只考虑了主要结构构件(梁、柱、剪力墙和简体等)的刚度,没有考虑非承重结构构件的刚度,因而计算的自振周期较实际的偏长,按这一周期计算的地震力偏小。为此,本条规定应考虑非承重墙体的刚度影响,对计算的自振周期予以折减。
4.3.17 当非承重墙体为砌体墙时,高层建筑结构的计算自振周期折减系数可按下列规定取值:
1 框架结构可取0.6~0.7;
2 框架-剪力墙结构可取0.7~0.8;
3 框架-核心筒结构可取0.8~0.9;
4 剪力墙结构可取0.8~1.0。
对于其他结构体系或采用其他非承重墙体时,可根据工程情况确定周期折减系数。
【条文解析】
本条规定应考虑非承重墙体的刚度影响,对计算的结构自振周期予以折减,并按折减后的周期值确定水平地震影响系数。如果在结构分析模型中,已经考虑了非承重墙体的刚度影响,则可不进行周期折减。
周期折减系数的取值,与结构中非承重墙体的材料性质、多寡、构造方式等有关,应由设计人员根据实际情况确定,本条给出的参考值,主要是砖或空心砖砌体填充墙结构的经验总结,不是强制的。
《混凝土小型空心砌块建筑技术规程》JGJ/T 14—2011
7.2.1 计算地震作用时,建筑的重力荷载代表值应取结构和构件自重标准值和各可变荷载组合值之和。各可变荷载的组合值系数,应按表7.2.1采用。
表7.2.1 组合值系数
【条文解析】
根据《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068—2001的规定,发生地震时荷载与其他重力荷载的可能组合结果称为抗震设计重力荷载代表值GE,即永久荷载标准值与有关的可变荷载组合值之和。组合值系采用《建筑抗震设计规范》GB 50011—2010规定的数值。
7.2.5 一般情况下,小砌块砌体房屋应至少在建筑结构的两个主轴方向分别计算水平地震作用并进行抗震验算,各方向的水平地震作用应由该方向抗侧力构件承担。
7.2.6 质量和刚度分布明显不对称的小砌块砌体房屋,应计入双向水平地震作用下的扭转影响。
【条文解析】
地震作用于房屋是任意方向的,但均可按力分解为两个主轴方向,抗震验算时分别沿房屋的两个主轴方向作用。当房屋的质量和刚度有明显不均匀时,或采用了不对称结构时,应考虑地震作用导致的扭转影响,进行扭转验算。
《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99—1998
4.3.2 第一阶段设计时,其地震作用应符合下列要求:
1 通常情况下,应在结构的两个主轴方向分别计入水平地震作用,各方向的水平地震作用应全部由该方向的抗侧力构件承担;
2 当有斜交抗侧力构件时,宜分别计入各抗侧力构件方向的水平地震作用;
3 质量和刚度明显不均匀、不对称的结构,应计入水平地震作用的扭转影响;
4 按9度抗震设防的高层建筑钢结构,或者按8度和9度抗震设防的大跨度和长悬臂构件,应计入竖向地震作用。
【条文解析】
本条各项要求基本上是按照现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011所提出的要求制定的,有两点要说明:
1)在需要考虑水平地震作用扭转影响的结构中,应考虑结构偏心引起的扭转效应,而不考虑扭转地震作用。
2)对于平面很不规则的结构,一般仍规定仅按一个方向的水平地震作用计算,包括考虑最不利的水平地震作用方向,而对不规则性带来的影响,则由充分考虑扭转来计及,这样处理使计算较简便,且较符合我国目前的情况。
《建筑抗震加固技术规程》JGJ 116—2009
3.0.3 现有建筑抗震加固设计时,地震作用和结构抗震验算应符合下列规定:
1 当抗震设防烈度为6度时(建造于Ⅳ类场地的较高的高层建筑除外),以及木结构和土石墙房屋,可不进行截面抗震验算,但应符合相应的构造要求。
2 加固后结构的分析和构件承载力计算,应符合下列要求:
1)结构的计算简图,应根据加固后的荷载、地震作用和实际受力状况确定;当加固后结构刚度和重力荷载代表值的变化分别不超过原来的10%和5%时,应允许不计入地震作用变化的影响;在条状突出的山嘴、高耸孤立的山丘、非岩石的陡坡、河崖坡和边坡边缘等不利地段,水平地震作用应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的规定乘以增大系数1.1~1.6;
2)结构构件的计算截面面积,应采用实际有效的截面面积;
3)结构构件承载力验算时,应计入实际荷载偏心、结构构件变形等造成的附加内力,并应计入加固后的实际受力程度、新增部分的应变滞后和新旧部分协同工作的程度对承载力的影响。
3 当采用楼层综合抗震能力指数进行结构抗震验算时,体系影响系数和局部影响系数应根据房屋加固后的状态取值,加固后楼层综合抗震能力指数应大于1.0,并应防止出现新的综合抗震能力指数突变的楼层。采用设计规范方法验算时,也应防止加固后出现新的层间受剪承载力突变的楼层。
3.0.4 采用现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的方法进行抗震验算时,宜计入加固后仍存在的构造影响,并应符合下列要求:
对于后续使用年限50年的结构,材料性能设计指标、地震作用、地震作用效应调整、结构构件承载力抗震调整系数均应按国家现行设计规范、规程的有关规定执行;对于后续使用年限少于50年的结构,即现行国家标准《建筑抗震鉴定标准》GB 50023—2008规定的A、B类建筑结构,其设计特征周期、原结构构件的材料性能设计指标、地震作用效应调整等应按现行国家标准《建筑抗震鉴定标准》GB 50023—2008的规定采用,结构构件的“承载力抗震调整系数”应采用下列“抗震加固的承载力调整系数”替代:
1 A类建筑,加固后的构件仍应依据其原有构件按现行国家标准《建筑抗震鉴定标准》GB 50023—2008规定的“抗震鉴定的承载力调整系数”值采用;新增钢筋混凝土构件、砌体墙体可仍按原有构件对待。
2 B类建筑,宜按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的“承载力抗震调整系数”值采用。
【条文解析】
现有建筑抗震加固的设计计算,与新建建筑的设计计算不完全相同,有自身的某些特点,主要内容是:
1)抗震加固设计,一般情况应在两个主轴方向分别进行抗震验算,在下列情况下,加固的抗震验算要求有所放宽;6度时(建造于Ⅳ类场地的较高的现有高层建筑除外),可不进行构件截面抗震验算;对局部抗震加固的结构,当加固后结构刚度不超过加固前的10%或者重力荷载的变化不超过5%时,可不再进行整个结构的抗震分析。
2)应采用符合加固后结构实际情况的计算简图与计算参数,包括实际截面构件尺寸、钢筋有效截面、实际荷载偏心和构件实际挠度产生的附加内力等,对新增构件的抗震承载力,需考虑应变滞后的二次受力影响。
3)A类结构的抗震验算,优先采用与抗震鉴定相同的简化方法,如要求楼层综合抗震能力指数大于1.0,但应按加固后的实际情况取相应的计算参数和构造影响系数。这些方法不仅便捷、有足够精度,而且能较好地解释现有建筑的震害。
《预应力混凝土结构抗震设计规程》JGJ 140—2004
3.1.5 预应力混凝土结构构件在地震作用效应和其他荷载效应的基本组合下,进行截面抗震验算时,应加入预应力作用效应项。当预应力作用效应对结构不利时,预应力分项系数应取1.2;有利时应取1.0。
承载力抗震调整系数γRE,除另有规定外,应按表3.1.5取用。
表3.1.5 承载力抗震调整系数
【条文解析】
预应力混凝土结构构件的地震作用效应和其他荷载效应的基本组合主要按照现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的有关规定,并加入了预应力作用效应项,预应力作用效应也包括预加力产生的次弯矩、次剪力。当预应力作用效应对构件承载能力有利时,预应力分项系数应取1.0,不利时应取1.2。
预应力混凝土结构的承载能力抗震调整系数、层间位移角限值的选取,遵照现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的有关规定。
《底部框架-抗震墙砌体房屋抗震技术规程》JGJ 248—2012
4.1.8 底部框架-抗震墙砌体房屋的地震作用效应,应按下列规定调整:
1 对底层框架-抗震墙砌体房屋,当第二层与底层的侧向刚度比不小于1.3时,底层的纵向和横向地震剪力设计值均应乘以增大系数,其值可在1. 0~1.5范围内选用,第二层与底层侧向刚度比大者应取大值;
注:层间侧向刚度可按本规程附录A的方法计算。
2 对底部两层框架-抗震墙砌体房屋,当第三层与第二层的侧向刚度比不小于1.3时,底层和第二层的纵向和横向地震剪力设计值均应乘以增大系数,其值可在1.0~1.5范围内选用,第三层与第二层侧向刚度比大者应取大值;
3 底层或底部两层纵向和横向地震剪力设计值,应全部由该方向的抗震墙承担,并按各墙体的侧向刚度比例分配。
【条文解析】
底部框架-抗震墙砌体房屋的地震反应,实际并未因底部的刚度小于过渡楼层而在底部出现增大的反应,但考虑到底部的严重破坏将危及整体房屋,为防止因底部严重破坏而导致房屋的整体垮塌、减少底部的薄弱程度,对底部的地震剪力设计值进行增大调整以增强底部的抗震承载能力。增大系数可按过渡楼层与其下相邻楼层的侧向刚度比值用线性插值法近似确定,侧向刚度比越大增加越多。
由于底部框架-抗震墙部分的承载能力、变形和耗能能力较上部砌体房屋部分要好一些,根据国内多家单位对这类房屋大量的抗震能力、结构均匀性与不同侧向刚度比相关性的工程实例分析结果,当过渡楼层与其下相邻楼层的侧向刚度比在1.0~1.3之间时,底部的地震剪力设计值可不作增大调整。
为了使底部第一道防线的抗震墙具有较好的承载能力,提出地震剪力设计值全部由抗震墙承担的要求。
4.1.9 底部框架-抗震墙砌体房屋中,底部框架的地震作用效应,宜按下列原则确定:
1 底部框架承担的地震剪力设计值,可按各抗侧力构件有效侧向刚度比例分配。有效侧向刚度的取值,框架不折减,混凝土抗震墙或配筋小砌块砌体抗震墙可乘以折减系数0.30,约束普通砖砌体或小砌块砌体抗震墙可乘以折减系数0.20。
2 当抗震墙之间楼盖长宽比大于2.5时,框架柱各轴线承担的地震剪力和轴向力,尚应计入楼盖平面内变形的影响。
【条文解析】
关于底部框架承担的地震剪力,考虑了抗震墙开裂后的弹塑性内力重分布,是为了提高底部第二道防线的抗震能力。
楼层水平地震作用在各抗侧力构件之间的分配受楼盖平面内变形的影响较大,当抗震墙之间楼盖长宽比较大时,需考虑楼盖变形对楼层水平地震作用分配的影响。